Βιοκλιματικός σχεδιασμός κτηρίων, εφαρμογές και οφέλη

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Η σύγκριση μεταξύ κλίματος και άνεσης, αποτελεί βασικό στάδιο για την εφαρμογή της ενεργειακής αποδοτικότητας στα κτήρια. Αυτή η σύγκριση καθορίζει τις στρατηγικές σχεδιασμού, που ταιριάζουν καλύτερα σε ένα συγκεκριμένο κλιματικό πλαίσιο, αλλά και σε επίπεδο αρχιτεκτονικής πολυπλοκότητας.

Πολλοί παράγοντες συνηγορούν στην εξεύρεση λύσεων για την ορθολογικότερη κατανάλωση ενέργειας στα κτήρια και στην αξιοποίηση ήπιων μορφών ενέργειας. Η οικονομική και τεχνολογική ανάπτυξη, έχει ως αποτέλεσμα τον πολλαπλασιασμό ενεργειακών αναγκών. Ειδικά με τη διαρκή βελτίωση του βιοτικού επιπέδου, η κατανάλωση ενέργειας για τη λειτουργία κτηρίων, συνεχώς αυξάνει. Αυτή η αύξηση είναι τόσο ποσοτική, καθώς καταναλώνουμε περισσότερη ενέργεια σε απόλυτο μέγεθος, όσο και ποιοτική, λόγω της συνεχούς χρησιμοποίησης του ηλεκτρισμού στη ψύξη των κτηρίων.

Το μεγαλύτερο ποσοστό πρωτογενούς ενέργειας που χρησιμοποιείται, προέρχεται από τις συμβατικές πηγές ενέργειας που είναι το πετρέλαιο και ο άνθρακας. Πρόκειται για μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, οι οποίες αργά ή γρήγορα θα εξαντληθούν. Συγχρόνως, οι εκπομπές του διοξειδίου του άνθρακα, που αναπόφευκτα συνοδεύουν την κατανάλωση των ορυκτών καυσίμων, θεωρούνται υπεύθυνες για τη ρύπανση του περιβάλλοντος και για το «φαινόμενο του θερμοκηπίου», που τον αιώνα που διανύουμε, ενδέχεται να επηρεάσει δυσμενώς τις κλιματολογικές συνθήκες, οι οποίες είναι εξαιρετικά δύσκολο να αντιμετωπιστούν. Ο κτιριακός τομέας απαιτεί σημαντική ποσότητα ενέργειας για τη λειτουργία του (θέρμανση, δροσισμός, φωτισμός, ζεστό νερό, λειτουργία συσκευών). Υπολογίζεται πως στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης, το 41% της συνολικής παραγόμενης ενέργειας δαπανάται για την κάλυψη των αναγκών των κτιρίων σε θέρμανση και ψύξη. Επομένως η βιοκλιματική αρχιτεκτονική είναι σήμερα επιτακτική ανάγκη για τις περισσότερες αναπτυγμένες κοινωνίες.

Λέξεις – κλειδιά:

Αρχιτεκτονική, Βιοκλιματικός σχεδιασμός, Ενέργεια, Εξοικονόμηση, Κλίμα,  Κτήρια, Περιβάλλον

ΕΙΣΑΓΩΓΗ 

Όπως ο  ReynerBanham διατύπωσε το αξίωμα, στο βιβλίο του ΄΄Αρχιτεκτονική ενός καλά θερμαινόμενου περιβάλλοντος΄΄ , η εσωτερική άνεση μπορεί να επιτευχθεί παθητικά από το κτήριο, ή ενεργητικά με τη χρήση ενέργειας. Ωστόσο για να σχεδιάσουμε ενεργειακά κτήρια, οι παθητικές στρατηγικές πρέπει να ληφθούν υπόψη στην αρχική φάση σχεδιασμού τους. Είναι επίσης σημαντικό να υπάρχει στενή συνεργασία, μεταξύ αρχιτέκτονα και μηχανικού, καθ’ όλη τη διάρκεια σχεδιασμού του κτηρίου. Η συνεργασία αυτή είναι καθοριστική για να εξασφαλιστεί η αμοιβαία κατανόηση του σχεδιασμού και των μέσων, για να πετύχουν ένα κοινό στόχο, κάνοντας χρήση των διαφορετικών ικανοτήτων και τρόπων σκέψης και εργασίας (Lechner Ν., 2009).

Η βιοκλιματική αρχιτεκτονική εκφράζει την ισορροπία ενός συστήματος το οποία αποτελείται από τα εξής χαρακτηριστικά:

• Αρχιτεκτονική

• Κλίμα

• Περιβάλλον

Η βιοκλιματική αρχιτεκτονική αφορά τον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό κτηρίων και χώρων, με βάση το τοπικό κλίμα, με τελικό σκοπό την εξασφάλιση συνθηκών θερμικής άνεσης, αξιοποιώντας την ηλιακή ενέργεια και άλλες περιβαλλοντικές πηγές. Είναι αποτέλεσμα κυρίως μιας ολοκληρωμένης και περίπλοκης σύνθεσης, που συνδέεται με ένα ευρύ φάσμα παραμέτρων όπως ο προσανατολισμός, η κατάλληλη επιλογή των ανοιγμάτων, η μελέτη του κελύφους, αλλά και η ορθή επιλογή των υλικών ( Αντωνοπούλου Σ., 2009).

Ο ρόλος της αρχιτεκτονικής δημιουργίας είναι να πλουτίζει το περιβάλλον, με την έννοια ότι εντάσσεται αρμονικά σε αυτό, αξιοποιώντας παράλληλα τα φυσικά διαθέσιμα. Εύκολα γίνεται αντιληπτή συνεπώς, η ανάγκη ενσωμάτωσης του βιοκλιματικού σχεδιασμού στον κτιριακό τομέα. Ο κτιριακός τομέας αποτελεί μια δυνατή αγορά παγκοσμίως, αφού ο κύκλος εργασιών του τομέα των κατασκευών αντιπροσωπεύει το 10% της παγκόσμιας οικονομίας, το 50% των παγκόσμιων επενδύσεων και ταυτόχρονα το 7% της αγοράς εργασίας. Επιπλέον, ευθύνεται για ένα μεγάλο ποσοστό σε ότι αφορά τις εκπομπές αέριων ρύπων και την κατανάλωση φυσικών πόρων. Επομένως, τα οφέλη του βιοκλιματικού και γενικότερα, του ενεργειακού σχεδιασμού κτηρίων είναι ενεργειακά (εξοικονόμηση ενέργειας και θερμική - οπτική άνεση), οικονομικά (μείωση καυσίμων και κόστους ηλεκτρομηχανολογικών εγκαταστάσεων θέρμανσης - ψύξης -αερισμού – φωτισμού), περιβαλλοντικά (μείωση ρύπων, περιορισμός φαινομένου του θερμοκηπίου) και κοινωνικά (βελτίωση της ποιότητας ζωής).     (Κεσίδου Σ.,  2009).

Σκοπός της παρούσας εργασίας, είναι να αναδείξει κάποιες εφαρμογές και κυρίως τα οφέλη που απορρέουν από το βιοκλιματικό σχεδιασμό των κτηρίων, στηριζόμενη στο σχολιασμό σχετικών επιστημονικών άρθρων (Διαδικτυακές αναφορές στη Βιβλιογραφία)

ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΤΗΡΙΩΝ

Γενικά

Ο Βιοκλιματικός Σχεδιασμός αναπτύχθηκε τη δεκαετία του 1980, σαν μία νέα τάση του αστικού σχεδιασμού, με αναφορές στο τοπικό μικροκλίμα.  Με τον όρο Βιοκλιματικός Σχεδιασμός, αναφερόμαστε στον αρχιτεκτονικό και πολεοδομικό σχεδιασμό κτηρίων και οικισμών, που στοχεύουν στην προσαρμογή τους στο τοπικό κλίμα και στο φυσικό περιβάλλον, προστατεύοντας ταυτόχρονα ευαίσθητες περιοχές με σπάνια οικοσυστήματα. ( Αντωνοπούλου Σ. ,2009).

Στο άρθρο της αρχιτέκτονος-μηχανικού Νάσιας Ροδίτη, με τίτλο «Η Συμβολή των αρχιτεκτόνων στο βιοκλιματικό σχεδιασμό», αναφέρεται ότι ο κτηριακός τομέας, ευθύνεται για το 40% της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας στην Ευρωπαϊκή Ένωση. Δυστυχώς ακόμη και στην Ελλάδα, με τις ιδιαίτερα υψηλές τιμές ηλιοφάνειας, βλέπει κανείς γυάλινα κτήρια -ειδικά γραφείων- απροστάτευτα από την ηλιακή ακτινοβολία και την υπερθέρμανση, ή ακόμη κτήρια κατοικιών  προσανατολισμένα στο βορρά και την «πλάτη» τους γυρισμένη στον ευεργετικό νότο. Αυτή η εικόνα θα προβλημάτιζε ακόμα και τους λαϊκούς, εμπειρικούς τεχνίτες– των προηγούμενων αιώνων στη χώρα μας, οι οποίοι ήξεραν να χτίζουν κτήρια προσαρμοσμένα στο μικροκλίμα της περιοχής και στις ανάγκες των χρηστών τους. Ένα από τα πιο εντυπωσιακά σημεία του παραπάνω άρθρου, είναι η αναφορά που γίνεται στον αρχαίο Έλληνα φιλόσοφο Σωκράτη, ο οποίος έδωσε  το 470 π.Χ. οδηγίες για το ηλιακό σπίτι.  Δεν είναι τυχαίο λοιπόν ότι οι σημερινοί αρχιτέκτονες που εφαρμόζουν τις αρχές του βιοκλιματικού σχεδιασμού στις μελέτες τους, επιχειρούν να μιμηθούν κατά κάποιο τρόπο, αυτή τη σοφία των παλιών τεχνιτών, που είναι «αποθηκευμένη» στα κτηριακά κελύφη των αθηναϊκών κατοικιών με τις εσωτερικές αυλές και τα «λιακωτά» τους, των μανιάτικων πυργόσπιτων, των μακεδονίτικων αρχοντικών και των υπόσκαφων κατοικιών της Σαντορίνης.

Σε ένα άλλο σημείο του άρθρου, γίνεται ιστορική αναδρομή στα συστήματα δόμησης. Τους περασμένους αιώνες, οι μόνες πηγές θέρμανσης σε ένα κτήριο ήταν ο ήλιος και το τζάκι, ενώ η μόνη πηγή δροσισμού ο άνεμος και η φύτευση στους εξωτερικούς χώρους του κτηρίου. Οι άνθρωποι είχαν προσαρμόσει τις ανάγκες τους και τα κτήριά τους στα κλιματικά δεδομένα του τόπου όπου έχτιζαν, με γνώμονα το σωστό σχεδιασμό, ώστε να έχουν τη δωρεάν ενέργεια για τη θέρμανση και το δροσισμό του κτηρίου. Με το πέρασμα των χρόνων, τα συστήματα δόμησης άλλαξαν, από την πέτρινη φέρουσα τοιχοποιία περάσαμε στο σκελετό από οπλισμένο σκυρόδεμα ή τον μεταλλικό σκελετό. Οι νέες τεχνολογίες και τα νέα υλικά μάς δίνουν πλέον ανεξάντλητες δυνατότητες διαμόρφωσης του εξωτερικού κελύφους του κτηρίου, και την προστασία του από τα καιρικά φαινόμενα, με σύγχρονα κουφώματα και υλικά θερμομόνωσης. Όμως η αύξηση του αριθμού των κατοίκων στις πόλεις, αλλοιώνει τα κλιματικά δεδομένα του τόπου. Προσπαθώντας να βελτιώσουμε τις συνθήκες διαβίωσής μας, χρησιμοποιούμε πηγές ενέργειας με ημερομηνία λήξης, όπως το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο και άλλα ορυκτά καύσιμα, που επιδρούν αρνητικά στο περιβάλλον. Γι’ αυτό επιβάλλεται η  μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, με την συνεπαγωγή της μείωσης των περιβαλλοντικών συνεπειών. Ένας τρόπος για να επιτευχθεί αυτό, είναι η  υιοθέτηση του βιοκλιματικού σχεδιασμού των κτηρίων. Τέλος στο συγκεκριμένο άρθρο περιγράφονται  με σαφή τρόπο, ο σκοπός και οι στόχοι του βιοκλιματικού σχεδιασμού. Ο σκοπός του είναι να προσαρμόσει το κτήριο και τους εξωτερικούς του χώρους (αυλές κ.λπ.) στις κλιματικές και περιβαλλοντικές συνθήκες της περιοχής και όχι αντίστροφα – δηλαδή να προσπαθήσει να προσαρμόσει το περιβάλλον στο μελλοντικό κτήριο. Οι στόχοι είναι: η θερμική προστασία του κτηρίου (θερμομόνωση και αεροστεγανότητα)-η εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας τη χειμερινή περίοδο (θέση και προσανατολισμός του κτηρίου, σωστή κατασκευή του κτηριακού κελύφους)-η προστασία από την ηλιακή ακτινοβολία και την υπερθέρμανση την καλοκαιρινή περίοδο (φυσικός–τεχνητός σκιασμός, προσεκτικός σχεδιασμός φυλλοβόλας και αειθαλούς φύτευσης στον περιβάλλοντα χώρο του κτηρίου)-η προστασία από τον άνεμο τη χειμερινή περίοδο (σωστή χωροθέτηση των κτηριακών όγκων, φύτευση στον περιβάλλοντα χώρο του κτηρίου)-η εκμετάλλευση του ανέμου την καλοκαιρινή περίοδο (φυσικός νυχτερινός αερισμός–δροσισμός, ώστε να απομακρυνθεί η θερμότητα που αποθηκεύτηκε στο κτήριο κατά τη διάρκεια της ημέρας)-η σωστή χρήση των χαρακτηριστικών των δομικών υλικών (θερμική μάζα, ανακλαστικότητα, απορροφητικότητα κ.ά.)-ο επαρκής φυσικός φωτισμός (διανομή του φυσικού φωτός μέσα στο κτήριο, έλεγχος της ηλιακής ακτινοβολίας)-η συνολική βελτίωση του μικροκλίματος γύρω από το κτήριο, το οποίο επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό και την εσωτερική θερμική άνεση.

Στο άρθρο της τοπογράφου-μηχανικού Γραμματής Μπακλατσή, με τίτλο «Οι βασικές αρχές που υποστηρίζουν το βιοκλιματικό σχεδιασμό», τονίζεται με έμφαση, ότι βασικό στοιχείο στο βιοκλιματικό σχεδιασμό, είναι η προσεκτική μελέτη του μικροκλίματος και ότι, πρέπει να ληφθούν υπόψη και να προσεχθούν ιδιαίτερα τα εξής σημεία:

Ο Αερισμός: Συνδέεται με τη θέρμανση και τον κλιματισμό των χώρων, γι’ αυτό σχεδιάζεται ένα σωστό σύστημα με ανοίγματα που να εισάγει φρέσκο αέρα, να απομακρύνει τους ρύπους και την υγρασία.

Ο Φωτισμός: Αξιοποιείται το φυσικό φως που εισέρχεται στο εσωτερικό της κατοικίας για εξοικονόμηση της ηλεκτρικής ενέργειας. Η Μόνωση: H επιλογή των υλικών αποσκοπεί στη δέσμευση της θερμότητας και στη μείωση των θερμικών απωλειών και επιτυγχάνεται με τοίχους μάζας και τοίχους θερμικής αποθήκευσης. Η Σκίαση: Ο έλεγχος της σκίασης προσφέρει σημαντικά οφέλη στη θέρμανση και στην ψύξη του κτιρίου. Ο προσανατολισμός και τα ανοίγματα είναι τα δύο βασικά στοιχεία, τα οποία λαμβάνονται υπόψη. Η Φύτευση: Η πράσινη ταράτσα προσφέρει προστασία από τη θερμότητα το καλοκαίρι, ενώ λειτουργεί σαν μέσο θερμικής μόνωσης το χειμώνα. Επίσης, επηρεάζει θετικά το μικροκλίμα ιδιαίτερα σε περιοχές με ατμοσφαιρική ρύπανση. Οι Ανανεώσιμες πηγές ενέργειες: Τα φωτοβολταϊκά κ.ά. μπορούν να παρέχουν στο κτίριο ηλεκτρισμό, ζεστό νερό χρήσης και θέρμανση-ψύξη.

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον σ’ αυτό το άρθρο, έχει επίσης ο τρόπος σύγκρισης ενός «κανονικού» σπιτιού με ένα βιοκλιματικό. Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι το βιοκλιματικό δεν διαφέρει εξωτερικά από ένα συμβατικό σπίτι. Αυτό που το χαρακτηρίζει είναι οι ψηλοί φωτεινοί χώροι, τα εσωτερικά μπαλκόνια και τα φυσικά και τεχνητά σκίαστρα. Μάλιστα στο ερώτημα αν μπορεί ένα παλιό σπίτι να γίνει βιοκλιματικό, η απάντηση είναι θετική, αρκεί να γίνει   αντικατάσταση των κουφωμάτων, προσθήκη θερμομονωτικών υλικών, προσθήκη παθητικών συστημάτων εξωτερικά του κτιρίου ή η μετατροπή δομικών στοιχείων σε παθητικά (π.χ. μετατροπή ενός απλού τοίχου σε ηλιακό), προσθήκη εξωτερικών συστημάτων σκίασης (σταθερών ή κινητών), φυτεύσεις κ.ά. Τέλος σαν εφαρμογή βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής, παρουσιάζεται το παράδειγμα των ZeroEnergyHouses.

Στο άρθρο της Μaria-Coral Ness (Norwegian University of Science and Technology) , με τίτλο «PrinciplesandToolsforbioclimaticbuildingdesign-anappliedreviewandanalysisincoldclimates», γίνεται λόγος στην αρχή, για τη σύγκριση ανάμεσα στο κλίμα και την άνεση, η οποία αποτελεί βασικό στάδιο για την εφαρμογή της ενεργειακής αποδοτικότητας στα κτήρια και επικεντρώνεται κυρίως στα κρύα κλίματα. Τονίζεται ότι η εσωτερική άνεση επιτυγχάνεται είτε παθητικά από το κτήριο ή ενεργητικά με χρήση ενέργειας. Μάλιστα στο σχεδιασμό ενεργειακών κτηρίων, πρέπει να ληφθούν υπόψη οι παθητικές στρατηγικές στην αρχική φάση σχεδιασμού. Παραδοσιακά η επιλογή στρατηγικών παθητικού σχεδιασμού για κλιματικό έλεγχο του κτηρίου, βασιζόταν στην εμπειρία. Ωστόσο σήμερα χρησιμοποιούνται τεχνικές που βασίζονται στην έρευνα. Στη συνέχεια του άρθρου αναφέρεται ότι οι αδελφοί  Olgyay το 1963, προσδιόρισαν σαν  βιοκλιματικό σχεδιασμό, το σχεδιασμό κτηρίων που είναι σε συμφωνία-αρμονία με τις τοπικές κλιματικές συνθήκες. Γι’ αυτό πρέπει ο αρχιτεκτονικός σχεδιασμός να συνδέεται με τη σωματική και ψυχολογική ανάγκη για υγεία και άνεση. Ενδιαφέρον παρουσιάζει το σημείο εκείνο του άρθρου, που αναφέρει πως τα τελευταία χρόνια σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε στην Αμερική, η κλίμακα ΑSHRAE, για την κλιματική κατάταξη, η οποία φαίνεται να είναι πιο επαρκής στην ενεργειακή ανάλυση κτηρίων, όπως επίσης και αρκετά προγράμματα σε υπολογιστή για πιο αποτελεσματικό ενεργειακό σχεδιασμό κτηρίων, όπως το Climate Consultant. ( Stahler A., 1969).

Tέλος στο συγκεκριμένο άρθρο, σαν εφαρμογή όλων των παραπάνω, παρουσιάζονται δύο δείγματα κτηρίων, το ManitobaHydroPlace (στο Winnipeg, Καναδά) και το PowerhouseKjørbo (στο Όσλο), που επελέγησαν για να επιδείξουν το επίπεδο καινοτομίας και ενσωμάτωσης τεχνικών, ενώ παράλληλα προσφέρεται και μία διαφορετική προσέγγιση στον ενεργειακό σχεδιασμό σε κρύα κλίματα.                                    

Εφαρμογές

Σαν εφαρμογές πάνω στο βιοκλιματικό σχεδιασμό κτηρίων, μεταξύ άλλων, θα δανειστούμε τρείς περιπτώσεις από δύο άρθρα, που έγινε νωρίτερα αναφορά.

Συγκεκριμένα από το άρθρο του τοπογράφου-μηχανικού Ρωμανού Κοντογιαννίδη, με τίτλο «Οι βασικές αρχές που υποστηρίζουν το βιοκλιματικό σχεδιασμό-ZeroEnergyHouses», θα μας απασχολήσει η περίπτωση των ZeroEnergyHouses. Είναι κτήρια που ετοιμάζονται και συντίθενται στο σημείο, όπου θα μείνει ο ιδιοκτήτης τους (modular). Η μεγάλη καινοτομία τους, μεταξύ πολλών άλλων, είναι η επίτευξη μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός, ότι τέτοια σπίτια κατασκευάζονται από  την οικογένεια αρχιτεκτόνων Μακρίδη, μία οικογένεια της Θεσσαλονίκης με ποντιακή ρίζα, η οποία  παρουσίασε την πρώτη προκατασκευασμένη  modular κατοικία στην Ελλάδα, στην έκθεση «Infacoma» της ΔΕΘ, τον Φεβρουάριο του 2016.

Το μέσο κόστος κατασκευής του Zero House κινείται στα 1.300 ευρώ ανά τετραγωνικό μέτρο, ενώ υπήρξε μεγάλοενδιαφέρον πολιτών για την απόκτηση τέτοιων σπιτιών, κυρίως σαν εξοχικές κατοικίες στη Χαλκιδική και σε νησιά. Το μεγάλο κέρδος είναι ότι ο ιδιοκτήτης του, δεν έχει στη συνέχεια έξοδα για ενέργεια.

Ιδιαίτερη εντύπωση προκαλεί στο άρθρο αυτό, η ομολογία της Ελεάνας Μακρίδου (από την οικογένεια που κατασκευάζει αυτά τα κτήρια), η οποία αναφέρει: «Σημαντική είναι η γνώση που αποκτήσαμε από την παραδοσιακή αρχιτεκτονική, η οποία αποτελεί έναν εξαιρετικό οδηγό για τη βιοκλιματική αρχιτεκτονική. Όλα τα παλαιά κτήρια είναι στην ουσία και βιοκλιματικά. Μάλιστα κατασκευάστηκαν χωρίς κάποια ιδιαίτερη τεχνολογία, απλώς αξιοποιούσαν οι κατασκευαστές τις κλιματολογικές συνθήκες». Αυτή η αναφορά ευθυγραμμίζεται πλήρως με την αντίστοιχη αναφορά στο άρθρο της αρχιτέκτονος-μηχανικού Νάσιας Ροδίτη, με τίτλο «Η Συμβολή των αρχιτεκτόνων στο βιοκλιματικό σχεδιασμό», σύμφωνα με την οποία, όπως είδαμε, οι σημερινοί αρχιτέκτονες που εφαρμόζουν τις αρχές του βιοκλιματικού σχεδιασμού στις μελέτες τους, επιχειρούν να μιμηθούν κατά κάποιο τρόπο, τη σοφία των παλιών λαϊκών-εμπειρικών τεχνιτών.

Το κτίσιμο των  Zero Houses,  στηρίζεται στους κανόνες της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής, που εκμεταλλεύεται και αξιοποιεί την παραγωγή ενέργειας, από  τις κλιματολογικές συνθήκες κάθε τόπου. Δηλαδή, αξιοποιεί την ηλιακή ενέργεια το χειμώνα για να παραμένει το σπίτι ζεστό, και εξασφαλίζει δροσιά το καλοκαίρι με τις σωστές σκιάσεις. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι, βέβαια, και η εξασφάλιση φυσικού φωτισμού και αερισμού. Είναι με τέτοιον τρόπο κατασκευασμένο το κέλυφός του, ώστε με τη χρήση των κατάλληλων συστημάτων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ) να παράγει όση ενέργεια καταναλώνει για θέρμανση ή δροσισμό, χωρίς κανένα επιπλέον κόστος για τους ιδιοκτήτες του.

Τέλος στο άρθρο αυτό υπενθυμίζεται η ευρωπαϊκή οδηγία (2010/31/ΕΕ), σύμφωνα με την οποία, από την 1η Ιανουαρίου 2020, θα υπάρχει υποχρέωση όλα τα κτήρια να είναι μηδενικής κατανάλωσης ενέργειας,οπότε τίθεται το ερώτημα:     Μήπως ήρθε η ώρα να σκεφτούμε σοβαρά τα ZeroEnergyHouses;

Η επόμενη περίπτωση, είναι από το άρθρο της Μaria-Coral Ness (Norwegian University of Science and Technology), με τίτλο «PrinciplesandToolsforbioclimaticbuildingdesign-anappliedreviewandanalysisincoldclimates» και αναφέρεται στο κτήριο ManitobaHydroPlace, το οποίο αποτελεί μία διαφορετική προσέγγιση στον ενεργειακό σχεδιασμό κτηρίων για κρύα κλίματα.

Το Manitoba Hydro Place, είναι κτηριακό συγκρότημα γραφείων στην πόλη Winnipeg του Καναδά και κτίστηκε το 2008, από την εταιρεία KPMB Architects, σύμφωνα  με τις πιο σωστές-κατάλληλες στρατηγικές παθητικού σχεδιασμού , ώστε να εξασφαλίζεται η μέγιστη απόδοση ηλιακής ενέργειας και η ελάχιστη απώλεια ζέστης (σκληρό περίβλημα, αεροστεγές κάλυμμα, μόνωση υψηλής απόδοσης και προστασία από τον άνεμο). (Milne Μ.,  2015).

Σχήμα 1.

Στο παραπάνω σχήμα 1, βλέπουμε τη θερμοκρασία χειμώνα-καλοκαίρι των γραφείων του Manitoba Hydro Place , τα οποία είναι προσανατολισμένα προς τη δύση. Φαίνεται ότι η εσωτερική θερμοκρασία είναι αντίστοιχα 3C και  18C υψηλότερη από την εξωτερική θερμοκρασία. Αυτό οφείλεται στην επίδραση της χρήσης ηλιακής ενέργειας και του σκληρού περιβλήματος (χειμώνας) και στο συνδυασμό με τα εσωτερικά οφέλη (καλοκαίρι). Ο σχεδιασμός αυτού του κτηρίου περιλαμβάνει αρκετές στρατηγικές παθητικής ψύξης. Στηρίζεται σε ένα σύστημα εξαερισμού εξισορρόπησης, με τζαμαρίες διπλής υάλωσης στα ανατολικά και δυτικά, με μία σειρά από αίθρια ύψους τριών ορόφων προς το βορρά και αίθρια ύψους έξι ορόφων προς το νότο, για να προθερμάνει τον εισαγόμενο αέρα, ελαχιστοποιώντας ταυτόχρονα την ανάγκη για μονωτικά υλικά. Αυτό το σύστημα παρέχει φρέσκο αέρα, όλο το χρόνο, σε συνδυασμό με μία ηλιακή καμινάδα για την εξαγωγή του αέρα και υπερυψωμένα πατώματα για την εισαγωγή αέρα, με εκτόπισμα εξαερισμού. Επιπλέον κάθε νότιο αίθριο, περιλαμβάνει μία κατασκευή με νερό, για να παρέχει υγρασία ή να ξηραίνει τον εισερχόμενο αέρα, ανάλογα με τις ανάγκες της κάθε εποχής. Τέλος χρησιμοποιεί και ένα σύστημα άντλησης γεωθερμίας, για να εκπέμπει ζέστη ή ψύξη, μέσω μίας επιφάνειας που βρίσκεται στο ταβάνι, ενώ υπάρχουν παράθυρα με τηλεχειριστήρια και αυτόματα συστήματα σκίασης σε περίπτωση υπερθέρμανσης.

Από το ίδιο άρθρο, είναι και η τρίτη περίπτωση και αναφέρεται στο κτήριο PowerhouseKjørbo, το οποίο και αυτό με τη σειρά του, αποτελεί μία διαφορετική προσέγγιση στον ενεργειακό σχεδιασμό κτηρίων για κρύα κλίματα.

Το Powerhouse Kjørbo, κτίστηκε το 1979 και ανακαινίστηκε το 2014. Πρόκειται για δύο ανακαινισμένα κτήρια γραφείων, που συνδέονται μεταξύ τους με ασανσέρ και σκάλες και βρίσκεται στο προάστειο Bærum του ΄Οσλο, στη Νορβηγία, σε ψυχρό περιβάλλον και με αρκετή υγρασία. Δημιουργήθηκε στο πλαίσιο πιλοτικού προγράμματος, για κτηριακά συγκροτήματα μηδενικών εκπομπών ρύπανσης και αναπτύχθηκε από την Ηλεκτρική Κοινοπραξία ΖΕΒ. Σε σχέση με το Manitoba Hydro Place, είναι πιο συμπαγές και έχει πιο σκληρό περίβλημα και γι’ αυτό του επιτρέπει να έχει μία αύξηση εσωτερικής θερμοκρασίας περίπου 5C, σε σύγκριση με τις εξωτερικές συνθήκες, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.  

Σχήμα 2.

Από την άλλη πλευρά, το καλοκαίρι αναπτύσσονται υψηλές θερμοκρασίες στο εσωτερικό του κτηρίου, χωρίς περιβαλλοντικά συστήματα ελέγχου. Αυτό οφείλεται στην ηλιακή ενέργεια που συσσωρεύεται στις μεγάλες καλοκαιρινές ημέρες και τη χαμηλή γωνία που σχηματίζει το ηλιακό φως, ώστε να διαπερνά τα παράθυρα. Αντίθετα όμως, γίνεται χρήση του όγκου των θερμικών ρευμάτων αέρα και αφήνει τις τσιμεντένιες πλάκες εκτεθειμένες για ρύθμιση της θερμότητας, σε σχέση με το σύστημα  εξαερισμού. Με άλλα λόγια, ο αέρας εισάγεται από την πρόσοψη του κτηρίου προς την κορυφή και διανέμεται σε ένα κεντρικό πυρήνα, δίπλα στις τσιμεντένιες πλάκες, για να ψύχει την κατασκευή. Επίσης εκμεταλλεύεται πλήρως το ηλιακό φως, ελέγχοντας την ηλιακή ενέργεια, με ένα σύστημα από εξωτερικές οθόνες σε περίπτωση υπερθέρμανσης. Το σύστημα εξαερισμού που χρησιμοποιείται, κάνει χρήση των κλιμακοστασίων και των διαδρόμων για τη διανομή του αέρα, αλλά υπάρχει και η δυνατότητα να ανοίξουν τα παράθυρα για φυσικό εξαερισμό, τη θερμή περίοδο του χρόνου. Τέλος φυσικά και υγροσκοπικά υλικά βοηθούν στο να μειωθούν οι ανάγκες για εξαερισμό, ενώ αισθητήρες και συστήματα ελέγχου φωτισμού,  βοηθούν στη μείωση της ολικής απελευθέρωσης ενέργειας.

3.3 Οφέλη

Στο άρθρο της αρχιτέκτονος-μηχανικού Νάσιας Ροδίτη, με τίτλο «Η Συμβολή των αρχιτεκτόνων στο βιοκλιματικό σχεδιασμό», παρατηρούμε ότιμε το βιοκλιματικό σχεδιασμό επιτυγχάνεται:

Η θερμική προστασία του κτηρίου.

Η εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας τη χειμερινή περίοδο.

Η  προστασία από την ηλιακή ακτινοβολία και την υπερθέρμανση την καλοκαιρινή περίοδο.

Η  προστασία από τον άνεμο τη χειμερινή περίοδο.

Η εκμετάλλευση του ανέμου την καλοκαιρινή περίοδο.

Ο επαρκής φυσικός φωτισμός και  

Η βελτίωση του μικροκλίματος.

Και το άρθρο καταλήγει: «Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός είναι η συμβολή των αρχιτεκτόνων στην εξοικονόμηση ενέργειας και μάλιστα εντελώς δωρεάν».

Στο άρθρο της τοπογράφου-μηχανικού Γραμματής Μπακλατσή, με τίτλο «Οι βασικές αρχές που υποστηρίζουν το βιοκλιματικό σχεδιασμό», σαν οφέλη από το βιοκλιματικό σχεδιασμό κτηρίων, αναφέρονται:

Η θερμική άνεση. Το κτήριο είναι δροσερό το καλοκαίρι και ζεστό το χειμώνα.

Η οπτική άνεση. Γίνεται με την εκμετάλλευση του φυσικού φωτός, στο μεγαλύτερο τμήμα της ημέρας.

Η καλή ποιότητα εσωτερικού αέρα. Με τη σωστή μόνωση, ελαχιστοποιείται  η εισροή ρυπογόνων ουσιών.

Η μικρή κατανάλωση ενέργειας. Μπορεί να γίνει εξοικονόμηση ενέργειας σε θέρμανση και ψύξη  μέχρι και 30% συγκριτικά με μια συμβατική κατοικία και 80% συγκριτικά με ένα παλιό κτήριο.

Η μεγάλη διάρκεια ζωής. Επειδή τα κτήρια διαθέτουν μεγάλη θερμοσυσσωρευτική και ηχομονωτική ικανότητα.

Η άριστη αντισεισμική συμπεριφορά. Με τη  μονή τοιχοποιία, διπλασιάζεται η αντοχή του σκελετού από το οπλισμένο σκυρόδεμα.

Η υψηλή αντοχή σε πυρκαγιά.

Η εξισορρόπηση της υγρασίας του χώρου. Επιτυγχάνεται  με τη διατήρηση της ποιότητας του εσωτερικού κλίματος.

Μία  καλύτερη ζωή. Λόγω της διαμονής σε ένα χώρο πιο υγιεινό και φωτεινό, αλλά και πιο οικονομικό, σε συνδυασμό με τους μικρότερους λογαριασμούς θέρμανσης, ηλεκτρικού και νερού.

Στο άρθρο της Μaria-Coral Ness (Norwegian University of Science and Technology) , με τίτλο «PrinciplesandToolsforbioclimaticbuildingdesign-anappliedreviewandanalysisincoldclimates», γίνεται ειδική αναφορά στη θερμική άνεση που εξασφαλίζει η βιοκλιματική αρχιτεκτονική, ενώ μέσα από την παρουσίαση των δύο βιοκλιματικών κτηρίων  (Manitoba Hydro Place - Powerhouse Kjørbo), γίνεται αντιληπτό το όφελος της εξασφάλισης της αύξησης της εσωτερικής θερμοκρασίας το χειμώνα και μάλιστα σε περιοχές με κρύα κλίματα.

Επομένως τα κυριότερα οφέλη της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής, θα μπορούσαν να συνοψιστούν στα παρακάτω:

• Καλύτερη ποιότητα θερμομόνωσης και αερισμού.

• Λιγότερα έξοδα συντήρησης.

• Σημαντική μείωση στην κατανάλωση ενέργειας για ψύξη και θέρμανση.

• Οικονομικά οφέλη όσον αφορά την κατανάλωση ενέργειας.

• Καλύτερη ποιότητα ζωής.

• Τα κτήρια είναι φιλικά προς το περιβάλλον και τον άνθρωπο καθώς δεν περιέχουν τοξικά υλικά και τα υλικά δόμησης είναι κατά πολύ μεγάλο ποσοστό ανακυκλώσιμα.

• Βελτίωση του μικροκλίματος με την ανάλογη διαμόρφωση του περιβάλλοντα χώρου ή με την φύτευση πάνω στην στέγη.

• Χρήση ΑΠΕ με ταυτόχρονη μείωση της κατανάλωσης συμβατικών καυσίμων και επιβλαβών εκπομπών για το περιβάλλον (Καλογήρου Χρ.- Σαγιά Α., 2009).

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΣΧΟΛΙΑ

Με βάση όλων όσων αναφέραμε παραπάνω και στηριζόμενοι κυρίως στα τρία άρθρα που επεξεργαστήκαμε, παρατηρούμε ότι η βιοκλιματική αρχιτεκτονική είναι σήμερα επιτακτική ανάγκη για τις περισσότερες αναπτυγμένες κοινωνίες. Η έννοια της βιοκλιματικής δόμησης είναι μεν πρωτοεμφανιζόμενη σαν όρος, αλλά πρακτικά ξεκινά από τα παραδοσιακά κτίσματα των παλιότερων εποχών και στηρίζεται στη σοφία-παραδοσιακή τεχνική των παλιών εμπειρικών ΄΄μαστόρων΄΄, που χτίζανε με υλικά που μπορούσαν να βρουν στον τόπο τους. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας και κυρίως με την χρήση του σκυροδέματος, τα τελευταία 100 χρόνια, η δόμηση έγινε σχεδόν όμοια σε όλο τον κόσμο, αλλά επιβάρυνε δυσανάλογα το περιβάλλον. Κατά αυτό τον τρόπο λοιπόν ξεκίνησαν οι έρευνες πάνω σε ιδέες, για την εξοικονόμηση ενέργειας και της βιωσιμότητας ενός κτηρίου.

Ένα κτήριο το οποίο έχει σχεδιαστεί με βάσει τις αρχές του βιοκλιματικού σχεδιασμού, έχει πολλά πλεονεκτήματα να προσφέρει τόσο στο φυσικό περιβάλλον που συνεχώς υποβαθμίζεται με την άναρχη δόμηση, όσο και στους χρήστες του, που θα ζούνε σε ένα κτήριο φυσικό, οικολογικό.  Κι’ αυτό γιατί, ο βιοκλιματικός σχεδιασμός, συμβάλλει στη βελτίωση των συνθηκών διαβίωσης, εξασφαλίζοντας θερμική άνεση, οπτική άνεση, καλή ποιότητα αέρα και ιδανικό μικροκλίμα. Ταυτόχρονα, αν ο βιοκλιματικός σχεδιασμός εφαρμοσθεί στα κτήρια, μπορούμε να εξοικονομήσουμε σημαντικά ποσά ενέργειας και να περιορίσουμε σημαντικά τους ρύπους στο περιβάλλον. Με επιλογή της σωστής θερμικής μάζας του κτηρίου, ανάλογα με τα κλιματολογικά δεδομένα της περιοχής, με το σχεδιασμό κατάλληλων ανοιγμάτων, την εφαρμογή απλών παθητικών συστημάτων, καθώς επίσης με το κατάλληλο προσανατολισμό και χωροθέτηση του κτηρίου, μπορούμε να εξασφαλίσουμε συνθήκες θερμικής άνεσης με ταυτόχρονη μείωση της ενεργειακής εξάρτησης από τα συμβατικά καύσιμα. Ο κατάλληλος σχεδιασμός και προστασίας του κελύφους από τα θερμικά κέρδη, η φύτευση βλάστησης, σε συνδυασμό με εφαρμογή φυσικού αερισμού και δροσισμού, οδηγούν στη μείωση της εξάρτησης μας από τα κλιματιστικά. Επιπροσθέτως, η αξιοποίηση του φυσικού φωτισμού και η επιλογή λαμπτήρων χαμηλής ενέργειας, συμβάλλουν αφενός στην οπτική μας άνεση και αφετέρου στην εξοικονόμηση ενέργειας για φωτισμό. Για να επιτευχθούν όμως αυτά και να επιτευχθεί η μέγιστη δυνατή απόδοση, πρέπει να γίνει προσεκτική μελέτη και προσεκτική εφαρμογή των αρχών της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής, καθ’ όλη τη διάρκεια κατασκευής του κτηρίου, αλλά και του τρόπου χρήσης των ενεργειακών εφαρμογών. Φυσικά υπάρχουν και μειονεκτήματα, κυρίως η οικονομική επιβάρυνση του χρήστη, η οποία προς το παρόν τουλάχιστον είναι υψηλή, η αύξηση της εσωτερικής θερμοκρασίας το καλοκαίρι και ο φόβος της υπερθέρμανσης, κ.ά. Όμως τα μειονεκτήματα που μπορεί να εμφανίζει μια βιοκλιματική κατοικία, σπάνια είναι περισσότερα από αυτά που προκύπτουν στις συμβατικές κατοικίες. Φυσικά, είναι απαραίτητη η συμμετοχή του μελλοντικού ιδιοκτήτη σε όλες τις φάσεις κατασκευής της κατοικίας, ώστε να ‘‘μάθει’’ την κατοικία του να γνωρίζει τις ανάγκες της και να φροντίζει να τη συντηρεί όποτε χρειάζεται. H ποιότητα ζωής σ' ένα βιοκλιματικό σπίτι, δεν συγκρίνεται με αυτήν του συμβατικού, όσα μηχανήματα κι αν έχουμε εφοδιαστεί για να το φωτίζουμε, να το αερίζουμε, να το ζεσταίνουμε, να το κρυώνουμε κ.λ.π.

Το ιδιαίτερο κλίμα της Ελλάδας, με την αυξημένη ηλιοφάνεια και τους δροσερούς καλοκαιρινούς ανέμους, αποτελούν παράγοντες που επιτρέπουν την εφαρμογή και την αποτελεσματική λειτουργία των αρχών της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής στα κτήρια. Ασφαλώς η βιοκλιματική αρχιτεκτονική από μόνη της δεν κάνει θαύματα και θα πρέπει να υπάρχει και περιβαλλοντική ευαισθητοποίηση και από τους πολίτες.

Επομένως, χωρίς να περιορίσουμε σε μεγάλο βαθμό τις επιθυμίες μας ως χρήστες και ένοικοι των κτηρίων, μπορούμε με έξυπνο τρόπο, χρησιμοποιώντας τις αρχές του βιοκλιματικού σχεδιασμού, να μειώσουμε εν τη γενέσει της, την ενεργειακή τους κατανάλωση, αντί να αυξήσουμε την παραγωγή ενέργειας.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Α. Ελληνική

Αντωνοπούλου Σ. (2009). "Βιοκλιματική αρχιτεκτονική και βιώσιμη ανάπτυξη-Μέθοδοι και Παραδείγματα σε συγκεκριμένα κτίρια". Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο, Αθήνα 2009.

Καλογήρου Χρ.- Σαγιά Α. (2009). "Διερεύνηση των Βιοκλιματικών Χαρακτηριστικών της Παραδοσιακής Αρχιτεκτονικής – Δυνατότητες Προσαρμογής Σύγχρονων Τρόπων Δόμησης".  Αθήνα, 2009.

Κεσίδου Σ. (2009). "Βιωσιμότητα στις κατασκευές & μέθοδοι αξιολόγησης". Αθήνα,  2009.

Ηρώ Μπενεσσαϊά, Αρχιτέκτων Μηχανικός DPLG. (2011). "Σεμινάριο βιοκλιματικού – ενεργειακού σχεδιασμού".  Αθήνα, 2011, ΙΕΚΕΜ ΤΕΕ.

Οδηγία 2010/31/ΕΕ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου. (2010). "Ενεργειακή απόδοση των  κτηρίων- απόφαση του Συμβουλίου της 19ης Μαΐου 2010".

Β. Ξενόγλωσση

Milne  M. (2015). "Climate Consultant 6.0. 6.0 ed.": Department of Architecture and Urban Design, University of California, Los Angeles.

Norbert Lechner. (2009). "Sustainable Design Methods for Architects". Third Edition, Copyright© 2009 by Lohn Wiley & Sons, Inc.

Reyner Banham . (1984). "The Architecture of the Well-Tempered Environment".

Olgyay  V. (1963). "Design with climate: Bioclimatic approach to architectural regionalism". Princeton, Princeton University Press.

Strahler A. (1969). "Physical Geography". New York, John Wiley and Sons, Inc.

Γ.  Διαδικτυακή

"Η Συμβολή των αρχιτεκτόνων στο Βιοκλιματικό σχεδιασμό".

https://www.sadas-pea.gr/vioklimatikos-schediasmos-i-simvoli-ton-architektonon-stin-exikonomisi-energias/ (Επίσκεψη στις 2/11/2019).

"Οι βασικές αρχές που υποστηρίζουν τον βιοκλιματικό σχεδιασμό". http://kataskevesktirion.gr (Επίσκεψη στις 2/11/2019).

"Το παράδειγμα των Zero Energy Houses". http://kataskevesktirion.gr/48-zero-energy-%CF%84%CE%BF-design-%CE%BC%CE%B9%CE%B1%CF%82-%CF%83%CF%8D%CE%B3%CF%87%CF%81%CE%BF%CE%BD%CE%B7%CF%82-%CE%B5%CE%BD%CE%B5%CF%81%CE%B3%CE%B5 (Επίσκεψη στις 2/11/2019).

"Principles and tools for bioclimatic building-an applied review and analysis in cold climates". https://www.researchgate.net/publication/319702204_PRINCIPLES_AND_TOOLS_FOR_BIOCLIMATIC_BUILDING_DESIGN-an_applied_review_and_analysis_in_cold_climates (Επίσκεψη στις 3/11/2019).

Ο Αθανάσιος Κανδηλάπτης είναι Μαθηματικός, Διευθυντής του Γυμνασίου Μυγδονίας